Teis Consolidacion

"ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES DE COMPRESIBILIDAD DE LAS ARCILLAS DE COATZACOALCOS, VER."

T E S I S QUE PARA OBTENER EL GRADO DE

M A E S T R O E N C I E N C I A S CON ESPECIALIDAD EN MECNICA DE SUELOS

PRESENTA

DIEGO CRUZ ROQUE

Director de Tesis: M. C. ABIMAEL CRUZ ALAVEZ

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA Y ARQUITECTURA SECCIN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIN

Mxico, D.F. 2004

A mis padres: Don Diego y Doa Chole Con amor y admiracin

A Miriam, Ana e Ivn Mi vida y razn

A mis hermanos, todos Por su apoyo e insustituible cario

Al Instituto Politcnico Nacional Por mi formacin

Al Instituto Mexicano del Petrleo Por el apoyo brindado para realizar ste trabajo

A mis asesores: M.C. Abimael Cruz Alavez y

Dr. Jaime Nez Farfn Por su valiosa ayuda y acertados comentarios.

Resumen

1

R E S U M E N.

La cantidad de compresin que se puede presentar en un suelo fino depende, entre otros factores, del ndice de compresin Cc, el cual se obtiene por medio de ensayes de consolidacin sobre muestras de suelo, tanto inalteradas como remoldeadas.

Debido al tiempo que implica el desarrollo de un ensaye de consolidacin para obtener el ndice de compresibilidad, algunos autores han relacionado este parmetro con propiedades ndice, tales como el Lmite lquido, la relacin de vacos in situ y el contenido natural de agua, las cuales son fcil de obtener. Estas relaciones se presentan tomando en cuenta la regin donde se ubica el sitio en estudio as como el tipo de suelo, y son de gran utilidad prctica, especialmente durante la etapa de planeacin de las obras, debido a que permiten realizar anlisis de asentamientos aproximados de las estructuras en suelos cohesivos, cuando no se cuenta con resultados de ensayes de consolidacin, y por tanto, sirven de base para la toma de decisiones acerca del tipo de cimentacin ms adecuada.

El hecho de que el ndice de compresibilidad sea dependiente de la estructura del suelo y de su historia de esfuerzos, convierte este problema en particular para cada sitio. En este trabajo se estudian correlaciones entre el ndice de compresibilidad y propiedades ndice para suelos de la zona de Coatzacoalcos-Minatitln.

Se analizan las propiedades de compresibilidad de un suelo fino, ensayado en estado inalterado y remoldeado. Para lo anterior se realizaron 16 pruebas de consolidacin a un material obtenido de un sondeo ejecutado en Coatzacoalcos, Ver. Los ensayes en suelos remoldeados se llevaron a cabo en muestras cuyo contenido de agua se llev al lmite lquido, generndose con esto curvas de compresibilidad que solo presentan la configuracin de su tramo virgen. Tambin se analizan los resultados de 240 pruebas de consolidacin de suelos cohesivos, obtenidos de sitios cercanos al rea donde se ejecuto el sondeo del presente estudio, Minatitln y Coatzacoalcos.

Aplicando un proceso estadstico a los datos recopilados y a los resultados experimentales, se presentan correlaciones que permiten obtener valores aproximados del ndice de compresibilidad a partir de las siguientes propiedades ndice: lmite lquido, L, relacin de vacos in situ, en y el contenido de agua, n, as como de la combinacin de dos de stas: (L, n), (L, en), y (en y n). As mismo, se presenta una comparacin con los resultados obtenidos de diferentes autores para suelos con caractersticas similares.

Se concluye que con una relacin simple lineal entre el Cc y en, se logran buenos resultados. Sin embargo, la correlacin que representa mayor aproximacin para determinar dicho coeficiente se obtiene haciendo intervenir tanto en como L en la ecuacin o modelo de prediccin, no obstante, su aplicacin se recomienda solo para suelos saturados.

Contenido

2

ABSTRACT

The amount of compression that a cohesive soil can withstand depends, among other factors, on its compression index, CC, which may be determined through consolidation laboratory tests on undisturbed or disturbed soil samples

Nevertheless, these kinds of tests take time and money. For that reason, some authors have found correlations between this parameter and the index properties of soils, such as the liquid Limit L, the in situ void ratio e and the natural water content n, which are easily obtain. These relations apply only for the region where it is located the site being studied for that specific type of soil, and are very useful in the practice, specially in the planning phase of a building, because they allow to make preliminary analysis of settlements of the structures in cohesive soils, and therefore, are useful as base for the decision making process about the type of suitable foundations.

Since the compressibility index depends of the structure of the soil and its stress history, this problem is individual for each site. In this work, correlations between the compressibility index and index properties are studied for cohesive soils of the Coatzacoalcos-Minatitln site.

The properties of compressibility of a fine soil are analyzed, developing tests on undisturbed and disturbed soil samples. To do this, 16 tests were carried out in soil samples from a boring in Coatzacoalcos, Ver. The tests on remolded soils were carried out in samples whose water content was imposed equal to the liquid limit, by doing so, curves of compressibility that only present the configuration of their virgin section were generated. Additionally, test results from more than 240 consolidation tests performed on cohesive soils near the Minatitln Coatzacoalcos area, are statistically examined.

Ordinary least squares and ridge regression techniques are used to obtain linear models for the variable CC as function of the liquid Limit L, the in situ void ratio, e and the natural water content n and the results are compared with published results It is concluded that with a simple linear relationship between the CC and the void ratio good quality results are obtained. Nevertheless, the correlation that gives the best fit is obtained by correlating the liquid limit and the void ratio in the equation or prediction model, however, it is only recommended just for saturated soils.

Contenido

3

CONTENIDO

Pag.

R E S U M E N. ...................................................................................................................................1

NOMENCLATURA .........................................................................................................................5

INTRODUCCIN. .............................................................................................................................7

Antecedentes. ....................................................................................................................................7

Justificacin ......................................................................................................................................7

Objetivos y alcances .........................................................................................................................9

Organizacin de la tesis ..................................................................................................................11

CAPITULO I. GENERALIDADES ................................................................................................12

1.1 Conceptos bsicos de consolidacin...................................................................................12

1.2 Consideraciones generales sobre compresibilidad. ............................................................14

1.3 Arcillas normalmente consolidadas ....................................................................................16

1.4 Lmites de Atterberg ...........................................................................................................18

1.5 Aspectos tericos de la curva virgen de compresibilidad...................................................20

CAPITULO II. MARCO TERICO .............................................................................................22

2.1 Introduccin ........................................................................................................................22

2.2 Ecuaciones del ndice de compresibilidad ..........................................................................23

2.3 Comparacin de datos de diferentes autores ......................................................................26

2.4 Compresibilidad intrnsica de suelos finos .........................................................................29 Compresibilidad Intrnseca ........................................................................................................................... 30 Revisin de la Literatura. .............................................................................................................................. 31 Programa de Laboratorio .............................................................................................................................. 33 Resultados del Trabajo de B. Cerato et al. .................................................................................................... 35 Correlaciones con el ndice de contraccin .................................................................................................. 39 Comportamiento normalizado. ...................................................................................................................... 41

CAPITULO III. DESARROLLO EXPERIMENTAL. .................................................................44

3.1 Geologa de la regin ..........................................................................................................44

3.2 Propiedades del suelo en estudio. .......................................................................................46

3.3 Pruebas de consolidacin. ..................................................................................................47

3.4 Equipo .................................................................................................................................50

Contenido

4

3.5 Remoldeo de las muestras ..................................................................................................51

3.6 Desarrollo de la prueba de consolidacin ...........................................................................52

CAPITULO IV. INTERPRETACIN DE RESULTADOS .......................................................53

INTRODUCCIN ..........................................................................................................................53

4.1 Curvas de consolidacin. ....................................................................................................54 Muestras inalteradas. .................................................................................................................................... 54 Muestras remoldeadas ................................................................................................................................... 54

4.2 Curvas de compresibilidad. ................................................................................................55 Muestras inalteradas. .................................................................................................................................... 55 Muestras remoldeadas ................................................................................................................................... 56

4.3 La curva de compresibilidad en arcillas remoldeadas. .......................................................56

4.4 El Cc en muestras inalteradas y remoldeadas .....................................................................57

4.5 Resumen de resultados .......................................................................................................91

CAPITULO V. CORRELACINES PARA OBTENER CC EN FUNCIN DE L, en Y n ..71 5.1 Informacin disponible .......................................................................................................71

5.2 Seleccin de propiedades para la correlacin .....................................................................73

5.3 Tratamiento de la informacin ...........................................................................................75

5.4 Evaluacin de la correlacin entre ndice de compresibilidad y Contenido de agua .........77

5.5 Evaluacin de la correlacin entre ndice de compresibilidad y la relacin de vacos ......78

5.6 Evaluacin de la correlacin entre ndice de compresibilidad y el lmite lquido .............79

5.7 Comparacin con otros autores ..........................................................................................81

5.8 Modelos con parmetros de suelo mltiples ......................................................................86

5.9 El ndice de compresibilidad en funcin de en y n ...........................................................86 5.10 El ndice de compresibilidad en funcin de n y L ..........................................................88 5.11 El ndice de compresibilidad en funcin del L y en ..........................................................90 5.12 Resumen de resultados .......................................................................................................91

CAPITULO VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. ................................................94

6.1 Conclusiones .......................................................................................................................94

6.2 Recomendaciones. ..............................................................................................................96

REFERENCIAS ...............................................................................................................................97

Nomenclatura

5

NOMENCLATURA

av Coeficiente de compresibilidad

Cc ndice de compresibilidad.

Cs ndice de expansin.

Cr ndice de recompresin.

Cc ndice de compresibilidad del suelo remoldeado

C*c Coeficiente de compresibilidad intrnseco.

CI ndice de contraccin

Cv Coeficiente de consolidacin

en Relacin de vacos in situ (relacin de vacos en estado natural)

er Relacin de vacos del suelo en estado remoldeado.

eL Relacin de vacos en el lmite lquido

e*100 Relacin de vacos a una carga de 100 kPa

Gs Peso especfico relativo de slidos.

ICL Lnea de compresin intrnseca

i Gradiente hidrulico

k Coeficiente de permeabilidad

LI ndice de liquidez

PI ndice de plasticidad

p Presin efectiva vertical.

p0 Valor de la presin efectiva in situ basado el la columna de suelo

pc Carga de preconsolidacin.

R Coeficiente de correlacin en anlisis de regresin estadstica

R Coeficiente de determinacin en anlisis de regresin estadstica

Sr Grado de saturacin

v Velocidad del flujo de agua a travs de medios porosos

e Cambio en la relacin de vacos entre p1 y p2 p Incremento de presin p/p1 Relacin de incrementos de carga aplicados en la prueba de consolidacin

Nomenclatura

6

p1 Valor de la presin despus de aplicar un incremento p Deformacin vertical unitaria L Lmite lquido, en %. P Lmite plstico, en % n Contenido natural de agua, en %. m Peso volumtrico del material.

Introduccin

7

INTRODUCCIN.

ANTECEDENTES.

Dentro de la Mecnica de Suelos se han establecido diferentes teoras del comportamiento de un

suelo, las cuales han evolucionado de acuerdo a la aplicacin de condiciones o hiptesis ms

cercanas a la realidad, sin embargo los principios no dejan de ser los mismos. Para el caso del

estudio de la compresibilidad de suelos finos, los mtodos para su estimacin se basan en el

entendimiento del proceso de consolidacin.

La deformacin de un suelo se puede presentar por cambio de volumen y de forma. En el primer

caso se le llama compresin o expansin y es el proceso por el que una masa de suelo cambia de

volumen, manteniendo su forma; la deformacin por cambio de forma, denominada distorsin o

deformacin desviadora es el proceso por el cual una masa de suelo cambia su forma, variando la

posicin relativa de sus puntos, pero manteniendo su volumen constante.

La capacidad de deformacin de un suelo est en funcin de las propiedades esfuerzo-deformacin-

tiempo, estas propiedades se estudian por medio de la prueba de consolidacin. Terzaghi fue uno de

los primeros en estudiar el fenmeno de consolidacin en suelos finos saturados y desarroll la

teora conocida como teora de la consolidacin unidimensional, que es en la actualidad una de las

ms aplicadas para resolver el problema de compresibilidad en suelos finos saturados.

La consolidacin es una deformacin elastoplstica del suelo que resulta de una permanente

reduccin de su relacin de vacos, debido a un incremento de esfuerzos, en funcin del tiempo.

Introduccin

8

Los parmetros de consolidacin que se obtienen en un suelo son: ndice de compresibilidad (Cc) y

coeficiente de consolidacin (Cv), el primero se relaciona con cuanta deformacin o asentamiento

tendr lugar y el segundo con el tiempo en el cual tendr lugar cierta consolidacin.

Es comn que, derivado de una inadecuada interpretacin de las condiciones del subsuelo en el sitio,

se generen riesgos y costos adicionales en los proyectos de ingeniera civil, razn por la cual, es

importante que la informacin disponible sea aprovechada ptimamente. Con base en una extensa

cantidad de informacin geotcnica, obtenida de sondeos previos convencionales, es factible obtener

correlaciones de variables geotcnicas relevantes en la regin de estudio. Una de estas variables

puede ser el ndice de compresibilidad, Cc.

Puesto que el lmite lquido est relacionado con la cantidad de agua atrada por las partculas de

arcilla, y sta a su vez, con la cantidad de espacios intersticiales de una masa de suelo saturado, que

tienen que ver con su capacidad para comprimirse, es posible encontrar alguna correlacin entre el

lmite lquido y el ndice de compresibilidad del suelo. Algunos autores han presentado varias

ecuaciones para determinar el ndice de compresin basndose en dichas correlaciones (Skempton,

1944; Terzaghi y Peck, 1967; Lambe y Whitman 1969; Mayne 1980). Otros autores han obtenido

ecuaciones empricas que proporcionan un valor aproximado del ndice de compresibilidad en

trminos del contenido de agua o la relacin de vacos, y constantes derivadas de datos

experimentales. Sin embargo, es deseable hacer intervenir ms de una propiedad ndice en la

determinacin de Cc, tal como lo reporta Azout et al 1976.

JUSTIFICACIN.

Debido al tiempo que implica el desarrollo de un ensaye de consolidacin para obtener el ndice de

compresibilidad, algunos autores han relacionado este parmetro con propiedades ndice, tales como

el Lmite lquido L, la relacin de vacos in situ en y el contenido natural de agua n, las cuales son fcil de obtener. Estas relaciones se presentan tomando en cuenta la regin donde se ubica el sitio en

estudio as como el tipo de suelo, y son de gran utilidad prctica, especialmente durante la etapa de

planeacin de las obras, debido a que permiten realizar anlisis de asentamientos aproximados de las

estructuras en suelos cohesivos, cuando no se cuenta con resultados de ensayes de consolidacin, y

por tanto, sirven de base para la toma de decisiones acerca del tipo de cimentacin ms adecuada.

Introduccin

9

Partiendo de lo anterior y de que la solucin a cada problema de mecnica de suelos que se presenta

en la prctica depende de las condiciones en particular del sitio donde se ubica, en este trabajo se

estudian correlaciones entre el ndice de compresibilidad y propiedades ndice para suelos de la zona

de Coatzacoalcos-Minatitln. Lo anterior a fin de dotar de una herramienta prctica al especialista

que le permita realizar anlisis preliminares de las condiciones de compresibilidad esperadas en la

regin, esto sin sustituir las pruebas que se deben hacer para obtener un anlisis definitivo de dichas

propiedades.

OBJETIVOS Y ALCANCES

Objetivos.

a) Estudiar el ndice de compresibilidad de las arcillas de Coatzacoalcos, Ver. en base a los

resultados de ms de 240 pruebas de consolidacin efectuadas a suelos obtenidos de

sondeos geotcnicos existentes, con el fin de obtener correlaciones entre las propiedades

ndice y el ndice de compresibilidad del suelo en estudio,

b) Analizar la variabilidad de las propiedades de compresibilidad de un suelo en estado

inalterado y remoldeado, por medio de pruebas de consolidacin en suelos con contenidos de

agua correspondiente al lmite lquido.

Se considera que al someter un suelo con un contenido de agua correspondiente al lmite lquido a

un ensaye de consolidacin y obtener su curva de compresibilidad, se encontrar la configuracin de

la curva virgen, debido a que al estar en su lmite lquido, se inicia la formacin del suelo como tal,

teniendo estabilidad bajo su propio peso y sin haber sido sometido a ninguna carga anterior, por lo

cual la curva de compresibilidad no presenta el tramo de recompresin.

Partiendo de que las caractersticas de compresibilidad de un suelo fino son funcin de la

fisicoqumica de sus partculas y de la historia de esfuerzos a la que ha sido sometido, se busca

obtener una correlacin del ndice de compresibilidad con dos propiedades, en la que se hagan

intervenir dichas variables.

Introduccin

10

Est claro que el lmite lquido es una propiedad que depende de las caractersticas de las partculas

de suelo, en cuanto a composicin qumica, tamao y superficie, sin hacer intervenir su estructura.

Por otro lado, tenemos que, si se prolonga la lnea correspondiente al tramo virgen de una curva de

compresibilidad y se lleva hasta el punto correspondiente a un estado de esfuerzos x, de tal forma

que, al obtener la relacin de vacos en ese estado de esfuerzos lo podamos relacionar con la relacin

de vacos correspondiente al Lmite lquido, eL, se puede encontrar una correlacin para obtener Cc,

donde intervengan las dos variables antes mencionadas.

Tambin se busca encontrar la relacin que guarda el coeficiente de compresibilidad con otras

propiedades ndice del suelo en estudio, tales como el contenido de agua, relacin de vacos, lmite

lquido y algunas combinaciones; as como otras correlaciones entre diferentes propiedades ndice.

Alcances.

Con el fin de acotar el presente trabajo, los alcances se plantean como se listan a continuacin:

Se estudi un suelo constituido principalmente de arcilla, cuyas muestras fueron obtenidas de un sondeo realizado a 18.6 m de profundidad, obteniendo sus propiedades ndice y parmetros de

compresibilidad, por medio de pruebas de consolidacin en muestras inalteradas y remoldeadas

pertenecientes a un mismo estrato de suelo fino. Para realizar las pruebas en suelo remoldeado,

se llev a las muestras a su lmite lquido y se ensayaron en ese estado, a fin de definir la curva

virgen de compresibilidad y se realizaron las comparaciones con las pruebas ejecutadas en

muestras de suelo inalteradas.

Con el fin de contar con suficientes datos para obtener correlaciones ms confiables, se analizaron los parmetros de compresibilidad obtenidos de 100 sondeos realizados en la misma

entidad estudiada y se realiz un anlisis estadstico inferencial de dicha informacin, a fin de

obtener la mejor estimacin posible.

En este trabajo se presentan los resultados completos de las propiedades del suelo en estudio y

algunas de las grficas de consolidacin y de compresibilidad obtenidas, as como las grficas de las

diferentes correlaciones obtenidas en esta investigacin y su comparacin con las encontradas en la

literatura.

Introduccin

11

ORGANIZACIN DE LA TESIS

La tesis est dividida en cuatro partes: un marco terico, el cual se desarrolla en los dos primeros

captulos y presenta algunos conceptos de compresibilidad, as como un resumen de resultados de

diferentes autores en donde presentan correlaciones del ndice de compresibilidad en funcin de

algunas propiedades ndice.

La parte experimental se presenta en el captulo 3, en donde se hace una descripcin del equipo,

preparacin de las muestras y de los ensayes de laboratorio realizados.

Posteriormente, en el captulo 4, se presentan los resultados obtenidos de las distintas pruebas

ejecutadas, as como la interpretacin y comparacin entre las curvas de compresibilidad de suelos

inalterados con respecto a las obtenidas para los suelos remoldeados,

En el captulo 5 se hace una descripcin de los anlisis realizados para encontrar las correlaciones de

ndice de compresibilidad con las distintas propiedades ndice utilizadas, adems de una

comparacin de los modelos obtenidos con las correlaciones existentes, as como el tratamiento

estadstico de la informacin.

Finalmente, en el captulo 6 se presentan las conclusiones ms importantes de la presente

investigacin, con algunas recomendaciones para dar seguimiento al estudio aqu presentado

Captulo 1. Generalidades

12

CAPITULO I

GENERALIDADES

1.1 CONCEPTOS BSICOS DE CONSOLIDACIN

La consolidacin es el proceso de compresin de un suelo en funcin del tiempo y en el caso de

suelos arcillosos da como resultado la transformacin progresiva de un sedimento en estado suave o

blando a un estrato de arcilla dura y finalmente a una roca sedimentaria. Dichos procesos implican la

disminucin de la relacin de vacos e involucran la actividad fsico-qumica de las partculas

slidas, disminucin del contenido de agua, la disipacin de la presin de poro en exceso de la

hidrosttica del agua bajo el incremento del esfuerzo causado por la sobrecarga y cementacin. Se

rige por el cambio de presiones de poro a presiones efectivas, resultado de una reduccin de

volumen por la prdida de agua.

La consolidacin es una deformacin elastoplstica que resulta de una permanente reduccin de la

relacin de vacos debido a un incremento de esfuerzos. La diferencia esencial entre compresin

ordinaria y consolidacin, es que sta es una compresin en funcin del tiempo.

Al aplicar cierta carga a un suelo arenoso limpio saturado, su consolidacin ser casi instantnea,

debido a que el agua con exceso de presin hidrosttica no tiene problemas para escapar por las

oquedades; sin embargo, si el suelo es una arcilla de baja permeabilidad, su consolidacin ser muy

lenta, debido a que el exceso de agua en los vacos tomar tiempo para ser expulsada fuera de la

capa arcillosa.


13

El fenmeno de consolidacin es explicado por la teora de Terzaghi, la cual se basa en las

siguientes hiptesis:

El suelo antes y durante el proceso permanece saturado (Sr=100%). Los asentamientos por compresin en suelos no saturados, son instantneos, esto es, independientes del tiempo.

El agua y los granos del suelo son incompresibles. La variacin de la compresibilidad se considera como una relacin lineal entre la presin

aplicada y el cambio de volumen (av=e/p). El coeficiente de permeabilidad k es constante. Esto es esencialmente cierto in situ, pero en

el laboratorio puede haber grandes errores asociados con esta suposicin, los cuales tienden a

producir error en el clculo del tiempo para que ocurra el asentamiento.

La ley de Darcy es vlida (v = ki). La temperatura permanece constante durante el proceso. Un cambio en la temperatura entre

10 y 20 C (temperaturas tpicas del campo y del laboratorio respectivamente) producen un

cambio en la viscosidad del agua alrededor del 30%. Es importante que el ensaye de

laboratorio sea ejecutado a una temperatura conocida o preferiblemente a la temperatura in

situ.

La consolidacin es unidimensional (vertical), esto es, que no hay flujo lateral del agua o movimiento lateral del suelo. Esto es totalmente verdadero en los ensayes de laboratorio y

parcialmente verdadero in situ.

Las muestras que se prueban en el laboratorio son inalteradas. Este es un problema serio en el que no importa cuan cuidadosamente haya sido tomada la muestra, siempre se descarga de

su presin in situ. Adems, la presin hidrosttica de poro, debida al nivel de agua fretica

generalmente se pierde. En los suelos sensitivos pueden resultar serios errores; en otros

suelos, los efectos pueden ser mucho menores. La interpretacin cuidadosa de la informacin

puede reducir el efecto de los errores debidos al efecto del muestreo.

Despus de cierto tiempo de estar actuando las cargas de deposicin en un suelo, se alcanza un

estado de equilibrio dentro de su estructura y la compresin se termina. De esta manera, el suelo se


14

considera totalmente consolidado cuando su volumen permanece constante bajo la accin de un

estado de esfuerzos constante. Al suelo en el cual las condiciones actuales se encuentran bajo una

presin de consolidacin final o extrema, se le llama normalmente consolidado. Por otro lado, si un

suelo cuya sobrecarga actual a la cual est sometido es inferior a la presin extrema de

consolidacin que soport en algn tiempo anterior, se dice que dicho suelo est preconsolidado.

1.2 CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE COMPRESIBILIDAD.

En general, los suelos se componen por tres fases: slida, lquida y gaseosa; la primera de ellas est

compuesta por partculas de minerales, las cuales forman el esqueleto del suelo. Esta estructura

forma oquedades que son ocupadas por las otras dos fases.

La compresin en los suelos se da principalmente como una funcin de la reduccin de su volumen

de oquedades, debido a que la reduccin de volumen a causa de la compresin de las partculas

slidas o del agua es tan pequea que para propsitos prcticos puede omitirse. La reduccin del

volumen de oquedades se da debido al movimiento relativo que tienen los granos slidos de la

estructura del suelo, al ser forzados a ocupar una posicin ms estable. De esta forma la

compresibilidad de los suelos est en funcin de la facilidad con la cual los granos slidos pueden

cambiar de posicin.

Todos los suelos experimentan deformacin a consecuencia de un cambio en las condiciones de

esfuerzo. Si las oquedades del suelo estn en su totalidad llenas de agua, es decir, si se trata de un

suelo saturado, la compresin del suelo se dar como resultado del escape del agua contenida en las

oquedades. La compresin gradual de un suelo bajo tales condiciones, cuando actan sobre l

fuerzas gravitatorias tales como las producidas por la misma deposicin de los estratos o las

estructuras levantadas sobre el suelo, se le llama consolidacin.

Tenemos entonces que la compresibilidad del suelo se debe a la facilidad con la que los granos

cambian de posicin, debido al tipo y rigidez de la estructura de suelo; entendiendo que la estructura

del suelo se define, no slo como el arreglo geomtrico de sus componentes, sino como el enlace

entre las partculas.


15

Las caractersticas ms importantes de compresibilidad de un suelo son el ndice de compresibilidad

Cc, que se relaciona con cuanta compresibilidad por consolidacin tendr lugar en el suelo y el

coeficiente de consolidacin Cv, que se relaciona con el tiempo en que tendr lugar una determinada

cantidad de consolidacin. Estos parmetros se suelen determinar a partir de pruebas de

consolidacin, usando un aparato llamado odmetro. As, mediante los ensayes de consolidacin, se

pueden obtener los datos necesarios para construir una curva de compresibilidad, la cual nos

proporcionar la informacin necesaria sobre el comportamiento de compresibilidad de un suelo.

Los resultados de un ensaye de consolidacin se presentan en forma de curvas de asentamiento (o

lecturas del micrmetro) contra el tiempo y de la relacin de vacos e contra log. de la presin, o la

deformacin contra log. de la presin. Algunas veces se utiliza un grfico de e contra p, en lugar de

los grficos semilogartmicos.

El grfico semilogartmico de e contra log p contra log p, para suelos cohesivos inalterados, tienen las siguientes caractersticas:

1. La rama inicial de la curva tiene una pendiente relativamente plana (debido principalmente a que

la carga inicial constituye un incremento de presin muy pequeo, que resulta menor que su

sobre-carga in situ y debido tambin a la expansin del suelo por prdida de la sobre-carga del

sitio, lo cual siempre ocurre durante la recuperacin de la muestra).

2. A una presin muy cercana a la sobrecarga in situ (p0), la grfica es muy curva y con ms

pendiente. Para arcillas relativamente no sensitivas, la curva presenta menor pendiente que para

arcillas sensitivas.

3. Ms all del punto p0, la grfica es aproximadamente lineal para arcillas no sensitivas. Para

arcillas sensitivas, la curva exhibe alguna concavidad. Esta pendiente, relativamente fuerte y la

caracterstica de concavidad, puede obedecer en parte a un colapso de la estructura a una presin

mayor que p0.

4. Si se carga a alguna presin, p1, una muestra de suelo inalterada, el proceso de descarga y

recarga hace que las curvas formen una curva de histresis. Se ha encontrado que la curva de

recarga toma consistentemente la forma general de la parte inicial de la curva de carga. Cuando


16

el ciclo nuevo de recarga excede de p1, la curva de recarga llegar a ser una extensin

aproximada de la curva original de carga.

5. Se ha encontrado que un suelo remoldeado siempre produce una curva de compresin tipo

virgen con las siguientes caracterstica.

a. Esta curva siempre presenta una pendiente regular, pero menor que la de las muestras

inalteradas, probablemente debido a que la estructura es ms orientada.

b. Cuando las muestras remoldeadas se descargan, las curvas de histresis se forman tal

como en el caso de las muestras inalteradas.

6. La forma de la curva de compresibilidad ep depende de la historia de carga del suelo.

7. Durante la deposicin normal de un suelo se obtiene la curva virgen de compresibilidad.

1.3 ARCILLAS NORMALMENTE CONSOLIDADAS

De acuerdo con la definicin dada por Terzaghi en 1941, una arcilla es normalmente consolidada si

nunca ha estado bajo una presin mayor que la presin efectiva de sobrecarga existente. Una arcilla

en estas condiciones puede ser representada por el punto b de la curva a-c en la figura 1.1. Si la

presin efectiva existente es menor que la mxima presin efectiva a la cual la arcilla ha estado

sujeta en el pasado, se dice que esta sobreconsolidada, lo que se puede representar en la misma

figura por el punto d.

Segn pruebas de laboratorio y experiencias en campo, es bien conocido que la consolidacin

causada por un incremento en la presin actuante en una arcilla normalmente consolidada, es mucho

ms grande que la expansin causada por un decremento de igual magnitud en la misma arcilla. As,

las dos arcillas en los puntos b y d, las cuales estn bajo la misma presin efectiva y son en todos

aspectos idnticas excepto por su historia de consolidacin, tendrn diferentes relaciones de vacos,

y por lo tanto, diferente comportamiento en cuanto a su compresibilidad. Sin embargo, para

construir una curva de compresibilidad, es necesario establecer que cualquier muestra en particular

es normalmente consolidada.


17

Para definir si una arcilla es normalmente consolidada, en pocas ocasiones se puede deducir del

conocimiento de las condiciones de formacin que se tengan, ya que en general se debe someter a la

muestra de suelo a una prueba en el odmetro.

Fig. 1.1 Arcilla normalmente y preconsolidada (Skempton 1970).

Para arcillas normalmente consolidadas, las curvas elog p muestran una fuerte curvatura

aproximadamente a la presin de sobrecarga que ha estado actuando en la muestra en condiciones de

campo, tal como lo muestra la figura 1.2. Adems, es posible definir los lmites superior e inferior

de esta presin mediante ensayes de laboratorio. El lmite superior, indicado por Pc en la figura 1.2,

se encuentra mediante una simple construccin grfica propuesta por Casagrande (1936), quien

defini la presin Pc como la carga de preconsolidacin. El lmite inferior indicado por Pi en la

figura, se encuentra extendiendo la porcin lineal de la curva e-log p hasta cortar con la lnea que

representa la relacin de vacos en. Si la arcilla es sobreconsolidada, entonces las presiones Pi y Pc

son mayores que la presin existente de sobrecarga P0, pero si la arcilla es normalmente

consolidada, P0 estar generalmente entre Pi y Pc.


18

P0

i

cP

P

en

Fig. 1.2 Resultados tpicos de un ensaye de consolidacin en arcillas normalmente consolidadas (Skempton 1970).

1.4 LMITES DE ATTERBERG

En 1911 Atterberg introdujo el lmite lquido y el lmite plstico como una medida emprica del

grado de plasticidad de las arcillas. En 1926, Terzaghi utiliz estas propiedades para fines de

clasificacin y con modificaciones de Casagrande, en 1932, las pruebas para su obtencin fueron

estandarizadas internacionalmente.

En resumen, el lmite lquido es el contenido de agua en el cual el suelo en estado remoldeado pasa

de una condicin plstica a casi lquida y el lmite plstico es el contenido de agua en el cual el suelo

pasa de un estado plstico a una condicin frgil.

Los lmites de Atterberg tienen dos ventajas. En primer lugar, reflejan la cantidad y el tipo de

mineral contenidos en una arcilla (Skempton 1953) y son, por lo tanto, funcin de tales propiedades,

as como de la capacidad de cambio de cationes y la superficie total de las partculas (Farrar y

Coleman 1967). Por otro lado, los lmites de Atterberg son expresados como un contenido de agua,

por lo que el contenido natural de agua de una arcilla puede ser comparado directamente con stos

mediante una relacin definida como ndice de liquidez (LI). El ndice de liquidez indica la

proximidad del suelo natural al lmite lquido.


19

PL

PnLI

= 1.4.1

donde: n = contenido natural de agua p = lmite plstico L = lmite lquido

Por otra parte, el ndice de plasticidad (PI = L p) indica la magnitud del intervalo de humedades en el cual el suelo posee consistencia plstica.

Para gran variedad de arcillas normalmente consolidadas, el ndice de liquidez cae dentro de un

rango estrecho de valores a cualquier presin efectiva dada, sin embargo, el correspondiente

contenido de agua de las arcillas puede variar en un rango amplio. La importancia del ndice de

liquidez se observa en el ejemplo de la fig. 1.3, en donde dos muestras a diferentes profundidades

tienen el mismo contenido de agua; al no conocerse los lmites de Atterberg, se podra inferir que la

mayor presin que acta en la muestra ms profunda no ha causado una compactacin adicional. Es

probable sin embargo, que el lmite lquido de la muestra ms profunda fuera mayor que la muestra

superior y el ndice de liquidez decrecera con la profundidad.

Por lo tanto, aunque los lmites de Atterberg no dan informacin de la estructura de la arcilla o de su

resistencia, stos son de gran valor. La mayora de las arcillas normalmente consolidadas tienen un

alto contenido de agua y a grandes profundidades muestran una sensitividad muy marcada, definida

como la relacin de resistencia inalterada y remoldeada.

Fig. 1.3 Contenido natural de agua, limites lquido y plstico e ndice de liquidez para dos muestras a diferentes

profundidades (Skempton 1970)

P L

P L

n- P L-P

Z Z


20

1.5 ASPECTOS TERICOS DE LA CURVA VIRGEN DE COMPRESIBILIDAD.

Cuando las arcillas son depsitos lacustres recientes, tienen una alta relacin de vacos, la cual se

puede representar por el punto a de la figura 1.1. Como con el paso del tiempo la deposicin

contina, el esfuerzo efectivo de sobrecarga se incrementa y la arcilla se comprime hasta llegar a los

puntos b o c de la misma figura. La curva formada por la relacin de vacos e - esfuerzo efectivo p

se conoce como curva de compresin por sedimentacin o curva virgen de compresibilidad para esas

arcillas.

Los suelos arcillosos se caracterizan por ser altamente compresibles y debido a su potencia capilar,

generalmente se encuentran saturados en la naturaleza.

En los sedimentos lacustres y marinos, la arcilla en general empieza a adquirir consistencia cuando

su contenido de agua se reduce por la carga de otros sedimentos y alcanza el lmite lquido. As

pues, si se toma una muestra de un suelo arcilloso remoldeado y se coloca una probeta de ste en el

odmetro con un contenido de agua igual al lmite lquido, entonces podr efectuarse una prueba de

compresibilidad empezando con una consistencia relativa Cr=0. La experiencia muestra que en la

mayora de los casos la curva de compresibilidad resulta una lnea recta en escala semi-logartmica;

esta lnea se le conoce como curva virgen de compresibilidad. Al aumentar la carga el material se

comprime a oquedades ms bajas, aumentando consecuentemente la consistencia relativa y

hacindose cada vez menos compresible; la pendiente de la curva que define el coeficiente de

compresibilidad, se reduce. Si durante el proceso de carga, al llegar a un esfuerzo efectivo p1 el

material se descarga y luego se recarga, se obtienen ciclos de histresis. La curva de recarga no

vuelve a alcanzar la curva virgen que representa una carga siempre creciente y la cual consolida al

material normalmente. Sin embargo, durante el proceso de reaplicacin de la carga al llegar al

esfuerzo en las cercanas del punto para el cual el material fue descargado, la curva de

compresibilidad sufre una deflexin. Para esfuerzos mayores, la curva sigue por abajo y

aproximadamente paralela a la que hubiese sido la curva virgen (Zeevaert 1984).

Las curvas de compresibilidad se construyen a partir de pruebas de odmetro, en las cuales un

espcimen de suelo se restringe lateralmente y es cargado axialmente con incrementos de esfuerzos

totales. Cada incremento de esfuerzos se mantiene hasta que el exceso en la presin de poro del agua

contenida en el suelo se disipa completamente. Durante el proceso de consolidacin se toman


21

medidas del cambio de altura del espcimen y este dato se usa para determinar la relacin entre el

esfuerzo efectivo y la relacin de vacos o deformacin, con lo cual se obtiene el coeficiente de

compresibilidad.

En una curva de compresibilidad de un suelo preconsolidado, la curva virgen antes del punto de

preconsolidacin representa la trayectoria de consolidacin del suelo durante el proceso de

deposicin natural de las capas o estratos superiores. La curva virgen de compresibilidad representa

la trayectoria en la cual el suelo est sometido nicamente a cargas que no haba soportado durante

ninguna etapa anterior.

Un suelo completamente remoldeado pierde todas las caractersticas de su estructura natural.

Cuando se carga en un ensayo de compresin, las partculas, que generalmente tienden a estar en un

estado de estructura dispersa, son forzadas a juntarse an ms, resultando una curva suave de

relacin de vacos contra presin. Un suelo remoldeado no puede utilizarse para obtener la presin

de preconsolidacin; de aqu que la precisin de la presin de preconsolidacin medida depende

mucho del grado de remoldeo de la muestra del suelo.

Captulo 2. Marco terico

22

CAPITULO II

MARCO TEORICO

2.1 INTRODUCCIN

Dado el tiempo que se requiere para el desarrollo de una prueba de compresibilidad en suelos finos

saturados para obtener Cc, es deseable relacionar el ndice de compresibilidad del suelo con algunas

propiedades ndice que sean fcilmente determinadas.

El cambio de volumen de los sedimentos finos depende de la proporcin relativa de las partculas de

limo y arcilla, las cuales en su conjunto forman una estructura con gran relacin de vacos. El

tamao de las partculas coloidales (arcillas) con gran relacin de rea por unidad de masa tiene la

habilidad de atraer cantidades considerables de agua, la cual rige el tiempo en el que tiene lugar la

consolidacin.

Puesto que el lmite lquido es una medida del agua atrada por las partculas de arcilla, se puede

encontrar alguna correlacin entre este parmetro y el ndice de compresin del suelo, as como con

la relacin de vacos. Numerosos estudios se han reportado en la literatura relacionando una

propiedad derivada de otra propiedad fsica fcilmente determinada, tal como el lmite lquido y la

relacin de vacos. Las relaciones han sido calculadas a travs de procedimientos estadsticos o por

otros mtodos, como ajuste de curvas. Al parecer se ha puesto mayor inters en establecer una


23

funcin para obtener el ndice de compresin con las propiedades ndice y relaciones de peso y

volumen de los suelos.

Entre las ecuaciones ms ampliamente aceptadas y usadas para estimar el ndice de compresibilidad

estn la de Skempton 1944, Terzaghi y Peck 1967, Lambe y Whitman 1969, Nishida y Hough 1957

y Mayne 1980. A excepcin de la de Skempton, estas ecuaciones estn generalmente pensadas para

ser aplicadas de forma universal a arcillas inorgnicas normalmente consolidadas. Otras ecuaciones

se pueden utilizar solamente para suelos de ciertas reas regionales. Excepto por la idea de que Cc y

ciertas propiedades ndice de los suelo estn de alguna manera relacionadas, las ecuaciones

mencionadas no tienen bases lgicas para justificar su desarrollo. En lo concerniente a las

relaciones entre Cc y otras propiedades del suelo, Nishida estableci (1952) que las relaciones han

sido introducidas solo por la impresin de los resultados de las pruebas, sin tener bases tericas.

Las curvas e - log p para sedimentos de arcilla segn Lambe y Whitman (1969), muestran que la

relacin de vacos de equilibrio depende tanto del lmite lquido como de la presin de

sobreconsolidacin. Segn los reportes hechos por Lambe y Whitman, los sedimentos de arcilla

presentan una relacin lineal entre la relacin de vacos de equilibrio y el lmite lquido bajo una

presin constante; este dato implica que el lmite lquido relaciona factores que tienen un efecto

significativo en el comportamiento del cambio de volumen para sedimentos de arcilla; de esta

manera el L puede ser un parmetro para calcular los asentamientos. Los datos del anlisis de los sedimentos de arcilla permiten determinar una ecuacin que considera tanto el lmite lquido como

el incremento de presin para calcular la relacin de vacos y por tanto los asentamientos.

2.2 ECUACIONES DEL NDICE DE COMPRESIBILIDAD

Correlaciones entre el ndice de compresin y propiedades ndice del suelo, con bases justificables

para su desarrollo, existen relativamente pocas. El resto de las ecuaciones son aplicables solamente a

ciertas regiones. El ndice de compresin representa la pendiente de la curva relacin de vacos e-

logaritmo de esfuerzo efectivo p. Algunas ecuaciones empricas permiten dar un valor aproximado

del ndice de compresin en trminos del lmite lquido, contenido natural de agua o la relacin de

vacos in situ y constantes derivadas de datos experimentales.


24

Skempton realiz pruebas de consolidacin en muestras de suelo remoldeadas para diferentes tipos

de arcillas con un contenido de agua inicial cercano al lmite lquido. La relacin resultante entre el

ndice de compresin y el lmite lquido fue la siguiente:

Cc = 0.007 (L -10) 2.2.1

En la cual Cc corresponde a la pendiente de la curva virgen de compresibilidad del suelo

remoldeado.

Posteriormente Terzaghi y Peck sugirieron, basados en trabajos de Skempton y otros, que la

ecuacin anterior fuera modificada para usarse con arcillas normalmente consolidadas de media o

baja sensibilidad. Ellos encontraron que Cc para arcillas normalmente consolidadas es

aproximadamente 1.3 veces el valor del Cc remoldeado. La relacin resultante fue la siguiente:

Cc = 0.009 (L 10 ) 2.2.2

Basado en consideraciones de esfuerzo-deformacin y en la pendiente de las curvas de

compresibilidad, Nishida desarrollo la siguiente ecuacin:

Cc = 1.15 (er e0) 2.2.3a

Nishida defini e0 como la relacin de vacos antes de aplicar presin y er como la relacin de vacos

donde se mide el ndice de compresin en la porcin virgen de la curva de compresibilidad.

Asumiendo que e0 = 0.35 (relacin de vacos para partculas esfricas rgidas uniformes en su

empaque ms cerrado) y sustituyendo este valor en la ecuacin 2.2.3a, Nishida obtiene la siguiente

expresin:

Cc = 1.15 (er -0.35) 2.2.3b

Nishida se refiere a la ecuacin 2.2.3b como la relacin fundamental del ndice de compresibilidad y

la relacin de vacos, y establece que puede ser usada para cualquier tipo de suelo, expresando la

ecuacin 2.2.3b en trminos de la relacin de vacos natural (en) como sigue:

Cc = 0.54 (en -0.35) 2.2.3c


25

Hough reconoci que la curva virgen para especimenes de diferentes tipos de suelo exhibe un patrn

de convergencia, lo cual indica de forma general que la compresibilidad vara con la relacin de

vacos inicial (el hecho de que las curvas vrgenes remoldeadas para un suelo dado convergen en un

punto, es actualmente bien conocido). Schumertmann encontr que la relacin de vacos para el

punto de convergencia es aproximadamente igual a 0.4 en. Hough realiz ensayes en especimenes

remoldeados de diferentes tipos de suelos y encontr que existe una relacin lineal entre Cc y er que

se puede expresar de la forma:

Cc = a (er b) 2.2.4

En base a informacin disponible, Hough concluye que el trmino a de la ecuacin 2.2.4, el cual

representa la pendiente, es dependiente principalmente de la forma de las partculas, tamao y

graduacin. l tambin concluye que el trmino b es aparentemente una aproximacin cercana de la

relacin de vacos mnima obtenida bajo circunstancias normales. Hough ha sealado que Cc alcanza

un valor de cero cuando la curva de compresibilidad se vuelve asinttica a relaciones de vacos igual

al valor mnimo y no a cero. Hough determin valores de a y b para estimar el Cc de varios tipos de

suelos.

Cozzolino utiliz datos de pruebas limitados para encontrar una relacin estadstica entre Cc y e

L y concluy que no exista una relacin estadstica significante en ambas combinaciones. Posteriormente, Cozzolino procedi a aplicar mtodos de regresin multiple y encontr que Cc

puede ser expresado en funcin de ambas variables.

Azzouz y colaboradores compararon sus resultados de regresin de pruebas de consolidacin con

los resultados empricos de anteriores investigadores. Estos han mostrado que Cc se expresa en

trminos de la relacin de vacos in situ en por medio de simples modelos de regresin lineal y la

introduccin de otras variables tales como L no mejora significativamente la aproximacin de la ecuacin resultante. As, su trabajo apoya el trabajo terico de Nishida de 1956. La seleccin de

variables independientes en su estudio fue realmente arbitraria.

Lambe y Whitman concluyeron, sin embargo, basados en datos de pruebas disponibles para

diferentes tipos de suelos finos naturales, que cualquier relacin entre los lmites de Atterberg y Cc

es slo una aproximacin. Refirindose a la ecuacin de Skempton, Nishida establece que


26

algunos suelos no obedecen la tendencia ya que los coeficientes deben ser determinados para

cada tipo de suelo en el cual Cc va a ser estimado.

Los trabajos reportados posteriormente por Azzout Et Al (1976), indican que se puede obtener una

correlacin ms confiable de coeficientes con bajos errores cuando se incluyen ms de una

propiedad ndice para la determinacin de dicho coeficiente. Dos de las ecuaciones reportadas por

Azzout et al son las siguientes:

Cc = 0.37 (en + 0.003 L - 0.34) 2.2.5

Cc = 0.009n + 0.002 L - 0.14 2.2.6

Estas ecuaciones tienen un coeficiente de correlacin de 0.86 y 0.81, con errores aproximados de

0.074 y 0.085 respectivamente.

Herrero en 1983 report la siguiente relacin (Al-Khafaji et al, 1992):

512

141.0

=

d

WSC GC

2.2.7

2.3 COMPARACIN DE DATOS DE DIFERENTES AUTORES

En esta seccin se analiza la informacin que nos dan los datos de pruebas de consolidacin junto

con las propiedades ndice del suelo de tres fuentes (Lambe y Whitman 1969; Herrero 1980; Mayne

1980).

En la tabla 2.1 se listan una serie de ecuaciones empricas que nos presentan diferentes autores para

predecir el ndice compresibilidad. Estas ecuaciones relacionan al ndice de compresin con una

variable, ya sea el lmite lquido, contenido natural de agua, o relacin de vacos in situ y la mayora

de stas son de forma lineal. Las cinco ecuaciones que relacionan el ndice de compresin en

funcin de lmite lquido se presentan en la seccin a de la tabla 2.1. El valor ms conservador (el

mayor) de Cc es el dado por la expresin de Terzaghi y Peck en 1967, ecuacin 2.2.2.


27

Los valores dados por Cozzolino, Cc =0.0046 (L -9), en 1961, son mucho ms pequeos, por lo que no es muy recomendable el uso de esta expresin, excepto en los casos en que se tengan datos de

que exista una buena correlacin de estos valores con los calculados mediante los ensayes de

consolidacin correspondientes. Al ver la grfica de resultados, se observa gran dispersin, lo cual

puede ser debido a la variacin en la cantidad de materia orgnica contenida en las muestras

ensayadas. El trabajo experimental de Al-Khafaji (1979) ha mostrado que el ndice de compresin

para suelos orgnicos depende en gran medida de la presin de consolidacin y el contenido de

materia orgnica.

En las cinco ecuaciones de la seccin (b) de la tabla 2.1 se utiliza el contenido natural de agua para

predecir el ndice de compresin.

Ntese que estas ecuaciones son muy similares, probablemente debido a la gran aproximacin con la

cual el contenido de agua puede ser medido y comparado con el lmite lquido y relacin de vacos.

Esto no explica la variacin de los valores del ndice de compresin observados para un mismo

contenido de agua. Herrero report en 1980 resultados tanto para suelos parcialmente saturados

como para suelos saturados usando el contenido de agua, lo cual nos sugieren que el contenido de

agua debe ser utilizado para calcular el ndice de compresibilidad solamente en suelos saturados.

Las cinco ecuaciones de la tabla 2.1-seccin (c), nos dan un valor aproximado del ndice de

compresin con base en la relacin de vacos in situ, de acuerdo a la informacin dada por Lambe y

Whitman (1969) y Herrero (1980). Las diferencias entre las cinco ecuaciones son de mediana

importancia. Para relaciones de vacos mayores a 0.5, las ecuaciones Cc = 0.54 (en - 0.35) (Nishida

1956) y Cc = 0.35 (en - 0.5) (Hough 1957), presentan los valores mayor y menor del ndice de

compresin, mostrando una gran diferencia. La frmula de Nishida presenta los mejores resultados

para el rango general de la relacin de vacos; quien recomienda la primera ecuacin de la seccin

(c) en la tabla 2.1 mejor que la expresin 2.2.3a.

Como ya se explic anteriormente, esta ecuacin es atribuida al mismo Nishida por varios autores

(Azzouz et al. 1976; Koppula 1981; Herrero 1980), la cual da valores irrazonablemente

conservadores para el ndice de compresin.


28

Algunos parmetros del suelo dados con ciertos modelos en particular, proporcionan una correlacin

aceptada con los datos publicados para suelos de baja a mediana plasticidad. Las ecuaciones basadas

en el contenido de agua no son muy confiables, debido a que el contenido de agua usado para el

clculo del ndice de compresibilidad no siempre corresponde al de la saturacin.

La ecuacin de Nishida para estimar el ndice de compresibilidad es la que da la mejor correlacin

con los datos obtenidos por medio de las pruebas correspondientes. Cozzolino presenta una ecuacin

que da los valores ms altos para bajas relaciones de vacos.

Tabla 2.1. Ecuaciones para la prediccin del ndice de compresibilidad Cc (Al-Khafaji et al, 1992)

ECUACION APLICACIONES AUTOR DE LA CORRELACIN

(a) Cc = ( L) Cc = 0.007 (L - 7) Arcillas remoldeadas Skempton (1994) Cc = 0.0046 (L - 9) Arcillas de brasil Cozzolino (1961) Cc = 0.009 (L - 10) Arcillas normalmente consolidadas Terzaghi y Peck (1967) Cc = 0.006 (L - 9) Todas las arcillas con lmite liquido menor de

100% Azzouz et al. (1976)

Cc =(L - 13)/109 Todas las arcillas Mayne (1980) (b) Cc = (n)

Cc = 0.85 (n/100)3 Lodos finos y arcillas Helenelund (1951) Cc = 0.0115 n Suelos orgnicos, turbas, limos orgnicos y

arcillas Moran et al. (1958)

Cc = 0.01 (n - 5) Todas las arcillas Azzouz et al. (1976) Cc = 0.01 n Todas las arcillas Koppula (1981) Cc = 0.01 (n - 7.549) Todas las arcillas Herrero (1983)

(c) Cc = ( en) Cc = 0.54 (en - 0.35) Todas las arcillas Nishida (1956)

Cc = 0.29 (en - 0.27) Suelos cohesivos inorgnicos, arcillas y limos Hough (1957)

Cc = 0.35 (en - 0.50) Suelos granulares con finos orgnicos, limos orgnicos y arcillas Hough (1957

Cc = 0.43 (en - 0.25) Arcillas de Brasil Cozzolino (1961)

Cc = 0.75 (en - 0.50) Suelos de baja plasticidad Sowers (1970)

Cc = 1.21+1.055 (en.-1.87) Arcillas jaspeadas de la ciudad de San Paulo


29

Existen mltiples parmetros ndice del suelo para la prediccin del ndice de compresibilidad,

como el lmite lquido, que es una propiedad del material que depende a su vez del tipo de suelo, del

contenido natural de agua, el tamao de sus partculas y las caractersticas de superficies de dichas

partculas; existen otros parmetros ms relacionados a la compresibilidad, tales como la relacin de

vacos, que se liga a la presin de consolidacin existente, as como con el peso especfico relativo

de los suelos (Gs). Esto es especialmente cierto cuando se trata con suelos orgnicos en los cuales la

curva e - Log. p es lineal.

De las relaciones presentadas slo restara determinar cul de ellas es la ms adecuada para calcular

el ndice de compresin de cada sedimento de arcilla en particular. La intencin del presente estudio

es obtener relaciones lineales entre Cc y otras propiedades ndice que sean fcilmente determinadas,

sin la necesidad de ejecutar pruebas de consolidacin en suelos cohesivos, para nuestro sitio en

estudio.

2.4 COMPRESIBILIDAD INTRNSICA DE SUELOS FINOS

En esta seccin se presentan correlaciones entre la compresibilidad intrnseca y caractersticas ndice

de suelos finos, reportadas por B. Cerato et al (2003). Segn esta investigadora, resultados

obtenidos de la literatura y de un extenso programa de pruebas de laboratorio muestran que se

pueden encontrar buenas correlaciones entre el ndice de compresin intrnseco, C*c, y la relacin

de vacos a un esfuerzo efectivo de consolidacin de 100 kPa, e*100, con el Lmite lquido, L, ndice de Plasticidad, PI y el ndice de contraccin, CI. La superficie especfica de las partculas tambin

es un factor importante que ejerce una fuerte influencia en la compresibilidad intrnseca de los

suelos.

Las propiedades intrnsecas de los suelos finos pueden ser un esquema valioso para entender el

comportamiento de los depsitos naturales (Burland 1990, Chandler 2000). Una de estas

propiedades es la compresibilidad intrnseca, trmino que fue introducido por Burland (1990) para

describir el comportamiento de consolidacin unidimensional de suelos remoldeados. Las

caractersticas intrnsecas de un suelo son evaluadas en su estado remoldeado, con un contenido de

agua mayor al del lmite lquido, de tal forma que toda la memoria de la estructura del suelo es


30

removida. En efecto, cualquier prueba desarrollada en un suelo remoldeado, mezclado a un

contenido de agua inicial muy arriba del L, puede decirse que posee comportamiento intrnseco. Las propiedades intrnsecas pueden ser usadas como referencia para evaluar el comportamiento

inalterado de suelos naturales, y por lo tanto, puede determinarse la influencia de la estructura del

suelo en su comportamiento resultante. En la ausencia de pruebas de consolidacin para medir la

compresibilidad intrnseca, Burland (1990) sugiri que las propiedades de compresin intrnsecas

podran ser estimadas a partir de la relacin de vacos en el lmite lquido, eL, para lo cual se requiere

medir el lmite lquido y el peso especfico relativo de los slidos.

En esta seccin se presentan correlaciones entre la compresibilidad intrnseca y otras propiedades de

los suelos finos encontradas por B. Cerato, et al. Tambin se considera la influencia de la superficie

especfica de las partculas en la compresibilidad intrnseca.

Compresibilidad Intrnseca

Burland (1990) introduce el concepto de propiedades intrnsecas para describir las caractersticas

de resistencia y deformacin de arcillas reconstituidas que pueden ser usadas como marco de

referencia para interpretar las correspondientes caractersticas de un sedimento natural de arcilla.

Las propiedades de arcillas reconstituidas son llamadas intrnsecas ya que stas son inherentes al

suelo e independientes de su estado natural. Esto significa que las propiedades intrnsecas deberan

ser solamente relacionadas a la composicin del suelo y su constitucin, y no ser influenciadas por

la estructura del mismo. De hecho, lo mismo se puede decir de una propiedad ndice, tal como el L. La lnea de compresin intrnseca (ICL) fue definida por Burland (1990) como la pendiente de la

curva de compresibilidad (e-log p) de una muestra de arcilla reconstituida con un contenido de agua

inicial de 1.25 a 1.5 veces el lmite lquido. La pendiente de ICL es evaluada entre un esfuerzo

efectivo de 100 y 1000 kPa, y fue definida por Burland como el ndice de compresin intrnseco C*c

y se obtiene de la forma:

C*c =e*100-e*1000 2.4.1

Burland tambin defini la relacin de vacos a un esfuerzo efectivo de 100 kPa como e*100. Por lo

tanto, puesto que C*c define la pendiente y e*100 define la posicin o localizacin de ICL en la curva

de compresibilidad, la ICL puede ser construida para cualquier suelo simplemente estimando C*c y


31

e*100. Con el fin de ayudar al ingeniero, en el caso de que no se puedan realizar pruebas de

consolidacin en una muestra de suelo remoldeada para medir directamente la ICL, Burland

present correlaciones empricas para estimar C*c y e*100 a partir de la relacin de vacos en el

lmite lquido, eL, sta se obtiene de la forma: eL= Gs * L (donde Gs= peso especfico relativo de slidos). Lo anterior es preferible a usar solamente el lmite lquido, razonando que eL era un mejor

parmetro, ya que dos suelos con el mismo L podran tener diferente valor de Gs y por lo tanto, diferente valor de eL. El volumen de datos de pruebas de consolidacin usado por Burland (1990)

fue obtenido de estudios tan antiguos como el presentado por Terzaghi (1927).

Se han desarrollado algunas correlaciones previas entre el ndice de compresibilidad de suelos

remoldeados y otras propiedades ndice. Entre stas se incluyen correlaciones de Cc con: Lmite

lquido, L (Skempton 1944; Azzouz et al. 1976; Hirata et al. 1990); ndice de plasticidad, PI (Mayne 1980; Nadase et al. 1988; Kulhawy y Mayne 1990); ndice de contraccin CI (Sridharan et

al. 2000) y Contenido natural de agua, n (Helenelund 1951; Azzouz et al. 1976; Krizek et al. 1977; Coutinho et al. 1998).

Revisin de la Literatura.

Aunque el concepto de compresibilidad intrnseca fue introducido por Burland en 1990, algunas

investigaciones previas han evaluado el comportamiento de consolidacin unidimensional de suelos

finos remoldeados. B. Cerato, et al, realizaron una intensiva revisin de la literatura para recopilar

resultados previos a fin de conformar una base de datos extensa. Los datos recopilados incluyen

arcillas naturales y artificiales con mineraloga singular.

Coeficiente de compresibilidad intrnseco C*c

La figura 2.1a presenta correlaciones entre C*c y varias propiedades ndice para los datos de

depsitos naturales recopilados. El rango de propiedades ndice indicado en la figura 2.1a es similar

al que us Burland en 1990 y se considera representativo del rango esperado en arcillas naturales

alrededor del mundo. Estas correlaciones son significativamente marcadas y cualquiera es

suficientemente adecuada para estimar C*c. Sin embargo, se debe recordar que eL y PI, requieren de

la determinacin de dos parmetros. Resultados similares para arcillas artificiales se muestran en la

fig. 2.1b. El rango de sus propiedades ndice, entre las que se encuentran algunas montmorilonitas,


32

es mucho ms amplio que para las arcillas naturales; sin embargo, se puede observar que la

correlacin sigue siendo buena. La falta de datos de eL en la figura 2.1b se debe a que la mayora de

investigadores simplemente no han determinado o reportado el peso especfico relativo de slidos.

L (%)

L L

a) b)

L (%)L (%)

L L

a) b)

L (%)

Fig. 2.1 Correlaciones entre C*c y propiedades ndice de arcillas a) naturales y b) artificiales de datos recopilados

(Cerato et al 2003).


33

Relacin de vacos a un esfuerzo de 100 kPa, e*100

Las figuras 2.2 a) y b) presentan correlaciones entre e*100 y varias propiedades ndice para suelos

artificiales y naturales obtenidos de la literatura. Estos resultados son similares a los presentados en

las figuras 2.1 a) y b) e indican que hay correlaciones razonablemente firmes entre e*100 y eL, PI

y L.

Los datos presentados en las figuras 2.1 y 2.2 muestran correlaciones marcadamente fuertes,

considerando que el procedimiento de las pruebas usado para determinar C*c y las propiedades

ndice no fueron, muy probablemente, los mismos. Los datos colectados abarcan los aos de 1927 a

2001. Esto sugiere que son las propiedades mismas del suelo, C*c, L, PI y Gs, las que realmente dominan la cantidad medida para cada una de las propiedades individuales y no tanto los

procedimientos de pruebas actualmente usados. Normalmente, a fin de reducir la variabilidad, es

deseable usar procedimientos idnticos para evaluar las propiedades de cada suelo.

Pruebas de Laboratorio

Con el fin de complementar los datos obtenidos de la literatura, B Cerato et al (2003) realizaron un

extensivo programa de pruebas de laboratorio. Obtuvieron muestras de varios depsitos de suelo

fino de varias partes de Estados Unidos y de alrededor del mundo. Estos suelos representan un

amplio rango de materiales geolgicos, e incluyen depsitos de origen marino, aluvial, lacustre,

residual y elico. Adems ensayaron muestras artificiales de arcillas para proveer un banco de datos

para suelos de mineraloga predominantemente singular. Las pruebas realizadas incluyen: lmites de

plasticidad, lmite de contraccin, granulometra y peso especfico relativo de los slidos. Adems,

se determin el contenido de carbonatos de cada muestra, usando el aparato de Chittick (Dreimanis

1962). La superficie de partculas finas se determin usando el mtodo EGME (Carter et al. 1986;

Cerato y Lutenegger 2002). La capacidad de cambio catinico se determin por el mtodo de

extraccin de acetato de amonio (Rhoades 1982).


34

a) b)

L

L (%)

L

L (%)

a) b)

L

L (%)

L

L (%)

L

L (%)

L

L (%)

Fig. 2.2 Correlaciones entre e*100 y propiedades ndice de arcillas a) naturales y b) artificiales de datos recopilados



35

Se realizaron pruebas de consolidacin unidimensional con aplicacin de carga incremental en

especimenes remoldeados usando una celda de consolidacin de anillo fijo. Las pruebas de carga

incremental fueron seleccionadas con el fin de ser consistentes con los resultados previos reportados

en la literatura, la mayora de los cuales utilizaron este procedimiento y para ser congruentes con las

capacidades probables de la mayora de consultores geotcnicos. Unas muestras fueron mezcladas

para dar un contenido de agua inicial en el rango de aproximadamente 1.2 a 1.5 veces el lmite

lquido. Las muestras de arcilla natural fueron preparadas iniciando con su contenido de agua

natural, esto es, sin secado. Las muestras artificiales fueron mezcladas iniciando de un estado de

secado al aire, como fue recibido por cada proveedor.

Resultados del Trabajo de B. Cerato et al.

Los resultados obtenidos de la fase experimental fueron combinados con los resultados previos

presentados para crear una sola poblacin de datos.

Arcillas naturales.

La fig. 2.3 presenta los resultados obtenidos para las arcillas naturales de la fase experimental junto

con los datos obtenidos de la literatura por B. Cerato, et. al. Como puede observarse, todos los datos

parecen ajustarse a un simple grupo. La combinacin de datos ensayados presenta las siguientes

correlaciones para C*c:

C*c = 0.30eL-0.09 N=118 R= 0.87 2.4.2a

C*c = 0.008 L -0.09 N=152 R= 0.88 2.4.2b C*c = 0.01PI+0.18 N=143 R= 0.86 2.4.2c

Las correlaciones para e*100 son:

e*100=0.55eL+0.22 N=103 R=0.84 2.4.3a

e*100=0.02 L +0.21 N=105 R=0.84 2.4.3b

e*100=0.02PI+0.52 N=105 R=0.75 2.4.3c


36

L

L (%)

L

L (%)

a) b)

L

L (%)

L

L (%)

a) b) Fig. 2.3. Correlaciones obtenidas con datos experimentales y recopilados para arcillas naturales (Cerato et al 2003).


37

La ecuacin 2.4.2a es similar a la expresin presentada por Burland en 1990, sin embargo l sugiri

usar una ecuacin cbica para la relacin entre e*100 y eL. Los resultados anteriores (ecuacin

2.4.3a) indican que una simple ecuacin lineal describe adecuadamente el comportamiento de las

arcillas naturales. Todas las ecuaciones de correlacin presentadas anteriormente se obtuvieron con

un intervalo de confianza del 95 %.

Arcillas artificiales.

En la figura 2.4 se muestran los resultados de las pruebas realizadas por B. Cerato, et. al. a muestras

de arcilla artificiales junto con los datos de la literatura. En este caso se puede notar que, excepto

para la correlacin del ndice de plasticidad, una simple relacin lineal para C*c no es

suficientemente aproximada para describir la relacin entre C*c y cualquiera de las propiedades eL o

L. Sin embargo, se realiz un ajuste polinomial y se generaron las siguientes correlaciones:

C*c =0.0029eL-0.02eL+0.3eL+0.0086 N=22 R=0.99 2.4.4a

C*c =0.00003 L +0.002 L +0.278 N=65 R=0.99 2.4.4b C*c =0.02 PI-0.04 N=52 R=0.98 2.4.4c

Para fines de comparacin, en la figura 2.4 se presenta la correlacin entre C*c y eL presentada por

Burland (1990). Las arcillas artificiales ensayadas por B. Cerato et al., tienen propiedades que estn

claramente fuera del rango de cualquier suelo ensayado por Burland (1990). An as, el uso de una

ecuacin polinomial provee un muy buen ajuste para los datos presentados, B Cerato et al. no

recomiendan que las correlaciones se extiendan sin lmite y recomiendan que ellas sean aplicables

solo dentro de las fronteras de las propiedades del suelo usadas.

Para e*100 se obtuvieron las siguientes correlaciones lineales:

e*100=0.39eL+0.89 N=23 R=0.94 2.4.5a

e*100=0.01 L +0.77 N=23 R=0.94 2.4.5b e*100=0.01PI+1.32 N=23 R=0.89 2.4.5c


38

L L

L (%)

a) b)

L (%)

L

L L

L (%)

a) b)

L (%)

L

Fig. 2.4. Correlaciones obtenidas con datos experimentales y recopilados para arcillas artificiales(Cerato et al 2003).

Burland (1990) sugiri una ecuacin polinomial para la correlacin entre e*100 y eL, sin embargo, los

datos mostrados en la fig. 2.4, los cuales tienen valores de eL mayores a los valores usados por

Burland, sugieren que una simple expresin lineal es suficiente (ec. 2.4.5a).


39

Si se consideran solo las arcillas naturales, una simple ecuacin lineal puede ser usada para describir

la relacin entre C*c y cualquiera de las propiedades, eL, L o PI (con eL


40

L (%)

L L

L (%)

L L

Fig. 2.5. Correlaciones obtenidas con datos experimentales y recopilados para arcillas naturales y artificiales (Cerato

et al 2003).

Los resultados mostrados en las figs. 2.3 a 2.5, sugieren que el uso de cualquiera de los ndices

nombrados, eL, L o PI proveen resultados suficiente precisos para determinar la ICL, ciertamente de acuerdo a trabajos preliminares, es de inters precisar que otros investigadores han notado

tambin una fuerte y directa correlacin entre el ndice de compresin intrnsico y el lmite lquido

(e.g. Matsui y Sakagami 1995; hong y Onitsuka 1998; Sridharan et al. 2000). Los lmites lquido y

plstico de suelos finos son usualmente determinados en muchos proyectos y por lo tanto son

particularmente atractivos para la ingeniera prctica. El uso de eL o CI requiere la medicin de


41

propiedades de suelo adicionales, siendo stas, peso especfico relativo de los slidos, Gs, y el lmite

de contraccin, respectivamente, ambos pueden presentar algunas dificultades. No sera

sorprendente que hubiera alguna dispersin en los datos presentados, considerando que para los

datos tomados de la literatura, pueden haber sido usados diferentes mtodos de preparacin de

muestras y de los ensayes mismos, en la determinacin de cualquiera o todas las propiedades del

suelo.

Comportamiento normalizado.

Nagaraj y Murthy 1983, sugirieron que el comportamiento de compresin de arcillas remoldeadas

podra describirse en forma general por una expresin simple, si la relacin de vacos fuera

normalizada por la relacin de vacos al lmite lquido, eL. Nagaraj y Murthy 1983 usaron 6

diferentes suelos naturales con variaciones de L entre 36 y 156 %, remoldeados con un contenido de agua cerca al lmite lquido. El mejor ajuste para esos datos se presenta mediante la expresin

lineal:

e/eL = 1.099-0.00227 log v (kPa). 2.4.6a

Ensayes adicionales reportados por Nagaraj et al. (1993; 1995) mostraron una ligera variacin en

esta expresin, la cual puede esperarse como resultado de tener ms ensayes disponibles. Basado en

ensayes de consolidacin realizados en varios suelos finos remoldeados, Nagaraj y Murthy 1983

mostraron que la relacin e/eL esfuerzo efectivo puede expresarse como

e/eL=1.099-0.2237 log v (kPa). 2.4.6b

Datos presentados posteriormente por Nagaraj y Murthy 1986 dieron:

e/eL =1.122-0.23437 log v (kPa). 2.4.3c

Ms recientemente, Nagaraj et al. (1993;1995) han encontrado resultados similares para otros suelos

naturales y artificiales como:

e/eL = 1.25-0.28 log v (kPa). 2.4.3d

Las ecuaciones anteriores tienen la forma general:


42

e/eL = a - b log v

Valores promedio de los coeficientes a y b de las 4 ecuaciones dadas son: A=1.175 y B=0.253.

Usando estos coeficientes, el esfuerzo efectivo para un valor de e/eL=1, correspondiente al lmite

lquido da =4.9 kPa. Usando una relacin de resistencia no drenada normalizada de 0.22 da una resistencia al corte no drenada igual a 1.08 kPa, la cual est cerca de la resistencia al corte no

drenada esperada para las arcillas en el lmite lquido.

Los resultados de estos anlisis se presentan en la fig. 2.6. Como se puede observar, los datos de

arcillas naturales y artificiales muestran un rango amplio en los resultados. Parte de la dispersin

puede atribuirse a la variacin en el contenido inicial de agua de las muestras remoldeadas.

Nagaraj y Murthy 1983 remoldearon suelos a un contenido de agua cercano al lmite lquido.

Burland 1990 recomend remoldear el suelo a un contenido inicial de agua entre el L y 1.5 L (preferentemente a 1.25 L). El rango de contenido inicial de agua en la fase experimental del estudiode B. Cerato, et. al. fue del L a 1.8 L, por lo que se pueden atribuir a esta variacin los resultados de la fig. 2.6.


43

a) Resultados normalizados para arcillas naturales usando el parmetro eL de Burland

b) Resultados normalizados para arcillas artificiales usando el parmetro eL de Burland

a) Resultados normalizados para arcillas naturales usando el parmetro eL de Burland

b) Resultados normalizados para arcillas artificiales usando el parmetro eL de Burland

Fig. 2.6. Grficas e/eL versus log p experimentales comparados con las correlaciones presentadas por Nagaraj et. al


Captulo 3.Desarrollo experimental

44

CAPITULO III

DESARROLLO EXPERIMENTAL.

Para hacer la comparacin entre las propiedades de compresibilidad en suelos inalterados y

remoldeados, se realiz un sondeo en las cercanas de la ciudad de Coatzacoalcos, Veracruz, al

noreste del puente Coatzacoalcos II en el municipio de Nanchital, como se muestra en el croquis de

localizacin de la fig. 3.1.

El material del sitio en estudio pertenece a una columna de suelo de un sondeo realizado con

muestreo continuo, alternndose la obtencin de muestras representativas con el tubo partido y la

obtencin de muestras inalteradas mediante el tubo de pared delgada, tipo shelby, de 4 de dimetro,

que se llevo hasta 18.6 m. de profundidad.

3.1 GEOLOGA DE LA REGIN

El estado de Veracruz queda comprendido dentro de siete provincias geolgicas, que son: Llanura o

Planicie Costera del Golfo, Sierra Madre Oriental, Eje Neovolcnico, Sierra Madre del Sur,

Cordillera Centroamericana y Sierras de Chiapas y Guatemala; cada una de ellas con caractersticas

litolgicas, estructurales y geomorfolgicas propias y definidas.

El rea de estudio (Coatzacoalcos, Ver. y Minatitln, Ver.) se localiza dentro de la provincia

geolgica llamada Planicie Costera del Golfo, de acuerdo a la clasificacin de Erwin Raiz, 1959.

Comprende gran parte del norte del estado, desde el lmite con Tamaulipas hasta el sur de Papantla,


45

donde se localizan las elevaciones del Eje Neovolcnico; su lmite occidental lo constituye la Sierra

Madre Oriental y hacia el oriente el Golfo de Mxico.

La planicie Costera del Golfo corresponde a una planicie de tipo externo y regresiva durante el

Cenozoico. Presenta una pendiente mnima hacia el Golfo de Mxico, misma que favorece el

escurrimiento en esa direccin preferente.

El sondeo en estudio se efectu en la porcin occidental de la cuenca, 15 km al sur del puerto de

Coatzacoalcos, Ver. La zona constituye una topografa baja, casi plana de pequeas elevaciones con

formas suavemente redondeadas que no sobrepasan los 100 m.s.n.m. ocasionalmente abruptas, que

se desarrollan en sedimentos arenosos; las partes bajas estn constituidas generalmente por arcillas y

lutitas. Los lomeros constituidos por rocas calcreo terrgenas constituyen los rasgos topogrficos

que sobresalen dentro de la monotona de la planicie.

En esta provincia existe una gran diversidad de rocas representativas de los diferentes periodos

geolgicos, especficamente del Cretcico Superior, Paleoceno, Eoceno, Oligoceno, Mioceno, as

como rocas volcnicas.

A la cuenca se le ha asignado una edad Permo-Trisica, contempornea a la formacin Todos

Santos, por las capas rojas que se nterestratifican con la sal. Se trata de una cuenca sedimentaria de

origen marino, cuyas formaciones abarcan en tiempo, desde el Trisico hasta el Reciente, formada

principalmente por arenas, limos y arcillas

Hidrografa. La zona pertenece a la vertiente del Golfo de Mxico. Los sistemas de los ros

Coatzacoalcos y Papaloapan dominan las principales corrientes fluviales que componen la red

hidrogrfica. Las afluentes principales del ro Coatzacoalcos son los ros Jaltepec, Coachapa y

Uzpanapa, adems de un sinnmero de arroyos tributarios. El ro Coatzacoalcos es navegable en una

gran extensin y en su desembocadura. La madurez alcanzada en la red hidrogrfica se evidencia

por la integracin del drenaje, as como la madurez del mismo ro.

El patrn de drenaje es de tipo dendrtico que en parte se vuelve subparalelo, la mayora de sus

tributarios son de rgimen permanente. En poca de lluvias se llegan a desbordar, formando

pantanos y lagunas, as como numerosos meandros divagantes.


46

3.2 PROPIEDADES DEL SUELO EN ESTUDIO.

De acuerdo al sondeo realizado, se encontr la siguiente estratigrafa: En la superficie se observa un

estrato de arcilla caf con arena fina y raicillas, muy blanda que va de 0 a 2.0 m.; subyaciendo a este

estrato, se presenta uno compuesto de arena fina arcillosa blanca con manchas rojizas y grumos

cementados con un espesor que va de 2.0 a 2.70 m. Bajo esta arena se encuentra un gran depsito de

arcilla gris dura a muy dura con poca arena fina con manchas cafs y rojizas y grumos cementados,

que va de 2.7 a 13.45 m. Finalmente bajo el estrato descrito anteriormente, se encontr una arena

fina a media, limosa muy compacta de color gris, con pocas gravillas a 14 m.; en este estrato

termin el sondeo con una profundidad de 18.6 m. En la fig. 3.2 se muestra el perfil estratigrfico

del sondeo, as como las propiedades ndice obtenidas de los ensayes de laboratorio realizados, y en

la tabla 3.1 se muestran los resultados de las pruebas en forma tabular.

Fig. 3.1 Croquis de localizacin del rea del sondeo realizado.

Entre las propiedades obtenidas de los suelos finos encontrados en el sondeo, se observan las

siguientes variaciones: el contenido de agua in-situ vara de 19.16 a 36.3 %, con un promedio de

28.26 %; para el lmite lquido se encontr una variacin de 38.1 a 59.6, con un promedio general de

47.8; finalmente la relacin de vacos fue relativamente baja con valores que van de 0.74 a 1.01 y

con un promedio general de 0.88. Como se observa en el registro del sondeo, en la mayora de las

muestras ensayadas el suelo se encuentra muy prximo al lmite plstico, incluso, en algunos casos

se encuentra por debajo del mismo, lo cual nos indica que en su estado inalterado, este suelo es muy

poco compresible.


47

1.6

CONTENIDO DE AGUA% DE FINOS

0 10

18.6

LP

3020 40

60

-15

&6-10

V

13.5

IV

0.4LL

6050 70 80 90 100 1.0

RELACIN DE VACOS

0.6 0.8 1.2 1.4

&6

6&

-05

&6

0

2.7 II

6.0

III

I2.0

Fig. 3.2 Perfil estratigrfico del sondeo realizado en Coatzacoalcos, Ver.

3.3 PRUEBAS DE CONSOLIDACIN.

A las muestras de suelo obtenidas del sondeo de Coatzacoalcos se le realizaron un total de 16

pruebas de consolidacin unidimensional, 6 de las cuales se llevaron a cabo en suelo remoldeado,


48

con un contenido de agua correspondiente a su lmite lquido. Tambin se realizaron variaciones en

los tiempos de aplicacin de los incrementos de carga y en la magnitud de los incrementos, tal como

se muestra en la tabla 3.2., correspondiente al programa de pruebas de laboratorio.

Tabla 3.1 Resultados de las pruebas de laboratorio realizadas

No DE MUESTRA

PROF. (m) Gs

n (%)

L (%)

LP (%)

(m) T/m en

Sr % ' Cc

1-4 0.85 2.73 32.25 52.48 26.92 1.80 1.01 87 0.67 0.24

2-2 1.30 2.66 32.05 45.70 24.35 1.88 0.87 98 1.03 0.15

2-3 1.55 2.60 36.30 45.70 24.35 1.78 0.99 95 1.22 0.27

3-3 2.55 2.71 28.77 48.70 31.42 1.88 0.86 91 2.06 0.18

3-4 2.80 2.64 26.58 48.70 31.42 1.92 0.74 95 2.27 0.17

4-2 3.35 2.62 27.86 59.60 29.60 1.92 0.74 99 2.74 0.22

4-3 3.55 2.70 32.57 59.60 29.60 1.86 0.93 95 2.90 0.20

5-2 4.30 2.72 28.98 38.10 19.16 1.81 0.94 84 3.53 0.17

5-3 4.50 2.68 43.50 42.80 23.54 1.79 1.16 100 3.70 0.45

5-4 4.70 2.63 48.40 48.80 19.16 1.49 1.62 86 3.87 0.42

6-2 5.30 2.80 30.46 39.70 17.51 1.87 0.95 85 4.37 0.19

6-3 5.50 2.80 25.82 39.70 17.51 2.02 0.74 97 4.54 0.17

8-1 7.10 2.60 39.30 39.30 17.30 1.78 1.02 --- 5.85 ---

10-1 9.70 2.60 39.5 43.20 19.20 1.79 1.03 99 7.96 0.29

12-1 12.15 2.62 39.18 40.85 21.20 1.83 0.99 100 9.94 0.29

12-2 12.25 2.62

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